GSM的遠程報警系統(tǒng)的設計 精品.docVIP

四川師范大學成都學院本科XXXX大學本科基于GSM的遠程報警系統(tǒng)的設計25一、緒論（一）論題的研究意義隨著科技的發(fā)展和自動化水平的提高，溫度的自動監(jiān)測已經成為各行各業(yè)進行安全生產和減少損失所采取的重要措施之一。特定場合下由于監(jiān)測分站比較分散、偏遠，采用傳統(tǒng)的溫度測量方式周期長、成本高，而且測量員必須到現場進行測量，因此工作效率非常低。且不便于管理。本文提出了基于GSM的遠程溫度監(jiān)測系統(tǒng)，采用美國Dallas公司生產的DSl8820數字溫度傳感器，通過現有的GSM網絡將監(jiān)測結果以短信方式發(fā)送至相應的監(jiān)控終端(如手機、PC機)。系統(tǒng)具有結構簡單、可靠性高、成本低等特點，可廣泛應用于橋梁混凝土測溫、油氣井場、電力電纜火災監(jiān)測、糧倉及物資倉庫溫度監(jiān)測。溫度監(jiān)測采用DS18B20非常適用于多點、惡劣環(huán)境下的溫度監(jiān)測系統(tǒng)。GSM模塊利于系統(tǒng)集成，成本較低，運行穩(wěn)定可靠，適用于遠距離監(jiān)測，不受地形條件的限制，有著廣泛的應用前景。（二）國內外技術研究現狀 溫度是生產過程和科學試驗中普遍且重要的物理參數。在工業(yè)生產中，為了高效生產，必須對生產過程中的主要參數，如溫度、壓力、流量、速度等進行有效控制。其中溫度控制在生產過程中占有相當大的比例。準確地測量和有效地控制溫度是優(yōu)質、高產、低耗和安全生產的主要條件。目前國外在對溫度采集方面做的很好。一些主要的溫度傳感器芯片都出自國外大多數廠家，如美信，德州儀器等等。而國內由于技術水平的限制，多在應用方面做出了很大的成就。就遠程溫度采集而言，是依賴于GSM網絡的開通得以大行其道。（三）本設計的主要工作 本設計的主要工作為：在遠端進行對溫度數據的記錄。如果溫度過高或是過低，通過GSM模塊發(fā)送信息，及時反饋給總服務器?？偡掌鲗μ囟ǖ那闆r做出相應的措施，減少損失。達到遠程采集溫度并報警的效果。二、GSM概述（一）GSM的涵義及其特點GSM全名為：Global System for Mobile munications，中文為全球移動通訊系統(tǒng)，俗稱全球通，是一種起源于歐洲的移動通信技術標準，是第二代移動通信技術，其開發(fā)目的是讓全球各地可以共同使用一個移動電話網絡標準，讓用戶使用一部手機就能行遍全球。我國于20世紀90年代初引進采用此項技術標準，此前一直是采用蜂窩模擬移動技術，即第一代GSM技術（20XX年12月31日我國關閉了模擬移動網絡）。GSM系統(tǒng)有幾項重要特點：防盜拷能力佳、網絡容量大、手機號碼資源豐富、通話清晰、穩(wěn)定性強不易受干擾、信息靈敏、通話死角少、手機耗電量低。（二）GSM的發(fā)展現狀20世紀80年代中期，當模擬蜂窩移動通信系統(tǒng)剛投放市場時，世界上的發(fā)達國家就在研制第二代移動通信系統(tǒng)。其中最有代表性和比較成熟的制式有泛歐GSM ，美國的ADC(D-AMPS)和日本的JDC(現在改名為PDC)等數字移動通信系統(tǒng)。在這些數字系統(tǒng)中，GSM的發(fā)展最引人注目。1991年GSM系統(tǒng)正式在歐洲問世，網絡開通運行。GSM系列主要有GSM900、DCS1800和PCS1900三部分，三者之間的主要區(qū)別是工作頻段的差異。目前我國主要的兩大GSM系統(tǒng)為GSM 900及GSM1800，由于采用了不同頻率，因此適用的手機也不盡相同。不過目前大多數手機基本是雙頻手機，可以自由在這兩個頻段間切換。歐洲國家普遍采用的系統(tǒng)除GSM900和GSM1800另外加入了GSM1900，手機為三頻手機。在我國隨著手機市場的進一步發(fā)展，現也已出現了三頻手機，即可在GSM900GSM1800GSM1900三種頻段內自由切換的手機，真正做到了一部手機可以暢游全世界。（三）GSM的技術資料1.GSM系統(tǒng)的技術規(guī)范及其主要性能GSM標準共有12章規(guī)范系列，即：01系列：概述 ；02系列：業(yè)務方面 ；03系列：網絡方面 ；04系列：MSBS接口和規(guī)約（空中接口第2、3層）；05系列：無線路徑上的物理層（空中接口第1層）；06系列：話音編碼規(guī)范 ；07系列：對移動臺的終端適配；08系列；BS到MSC接口（A和Abis接口）；09系列：網絡互連；10系列：暫缺；11系列：設備和型號批準規(guī)范；12系列：操作和維護。2. GSM系統(tǒng)關鍵技術工作頻段的分配 ： （1）工作頻段 我國陸地公用蜂窩數字移動通信網GSM通信系統(tǒng)采用900MHz頻段： 890915（移動臺發(fā)、基站收），935960（基站發(fā)、移動臺收），雙工間隔為45MHz，工作帶寬為25 MHz，載頻間隔為200 kHz。隨著業(yè)務的發(fā)展，可視需要向下擴展，或向1.8GHz頻段的GSM1800過渡，即1800MHz頻段：17101785（移動臺發(fā)、基站收），18051880（基站發(fā)、移動臺收）雙工間隔為95MHz，工作帶寬為75 MHz，載頻間隔為200 kHz。（2）頻道間隔相鄰兩頻道間隔為200kHz。 每個頻道采用時分多址接入（TDMA）方式，分為8個時隙，即8個信道（全速率）。每信道占用帶寬200 kHz/825 kHz。將來GSM采用半速率話音編碼后，每個頻道可容納16個半速率信道。（3）多址方案GSM通信系統(tǒng)采用的多址技術：頻分多址（FDMA）和時分多址（TDMA）結合，還加上跳頻技術。（4）在時域和頻域中的間隙在GSM系統(tǒng)中，每個載頻被定義為一個TDMA幀，相當于FDMA系統(tǒng)的一個頻道。每幀包括8個時隙（TS0-7）。每個TDMA幀有一個TDMA幀號。TDMA幀號是以3小時28分53秒760毫秒（204851268BP或者說20485126個TDMA幀）為周期循環(huán)編號的。每20485126個TDMA幀為一個超高幀，每一個超高幀又可分為2048個超幀，一個超幀是5126個TDMA幀的序列（6.12秒），每個超幀又是由復幀組成。幀分為兩種類型： 26幀的復幀：它包括26個TDMA幀（268BP），持續(xù)時長120ms。51個這樣的復幀組成一個超幀。這種復幀用于攜帶TCH（和SACCH加FACCH）。（5）無線接口管理在GSM通信系統(tǒng)中，可用無線信道數遠小于潛在用戶數，雙向通信的信道只能在需要時才分配。這與標準電話網有很大的區(qū)別，在電話網中無論有無呼叫，每個終端都與一個交換機相連。3GSM信道 GSM中的信道分為物理信道和邏輯信道，一個物理信道就為一個時隙（TS），而邏輯信道是根據BTS與MS之間傳遞的信息種類的不同而定義的不同邏輯信道，這些邏輯信道映射到物理信道上傳送。從BTS到MS的方向稱為下行鏈路，相反的方向稱為上行鏈路。邏輯信道又分為兩大類，業(yè)務信道和控制信道。三、溫度采集簡介（一）溫度采集現狀溫度是生產過程和科學試驗中普遍且重要的物理參數。在工業(yè)生產中，為了高效生產，必須對生產過程中的主要參數，如溫度、壓力、流量、速度 等進行有效控制。其中溫度控制在生產過程中占有相當大的比例。準確地測量和有效地控制溫度是優(yōu)質、高產、低耗和安全生產的主要條件。隨著電子技術的發(fā)展，特別是隨著大規(guī)模集成電路的產生，給人們的生活帶來了根本性的變化，如果說微型計算機的出現使現代的科學研究得到了質的飛躍，那么可編程控制器的出現則是給現代工業(yè)控制測控領域帶來了一次新的革命。在現代社會中，溫度控制不僅應用在工廠生產方面，在其他各個方面也得以體現.隨著人們生活質量的提高，酒店廠房及家庭生活中都會見到溫度控制的影子，溫度控制將更好的服務于當前社會，單片機控制器也存在于生活工具到工業(yè)應用的各個領域，例如生活工具的電梯、工業(yè)生產中的現場控制儀表、數控機床等。尤其是用單片機控制器改造落后的設備具有性價比高、提高設備的使用壽命、提高設備的自動化程度的特點。（二）溫度采集的硬件組成1. DS18B20簡介由DALLAS半導體公司生產的DS18B20型單線智能溫度傳感器，屬于新一代適配微處理器的智能溫度傳感器，可廣泛用于工業(yè)、民用、軍事等領域的溫度測量及控制儀器、測控系統(tǒng)和大型設備中。它具有體積小，接口方便，傳輸距離遠等特點。 2. DS18B20工作特點DS18B20的性能特點：采用單總線專用技術，既可通過串行口線，也可通過其它I/O口線與微機接口，無須經過其它變換電路，直接輸出被測溫度值（9位二進制數，含符號位）。測溫范圍為-55+125，測量分辨率為0.0625。內含64位經過激光修正的只讀存儲器ROM。適配各種單片機或系統(tǒng)機。用戶可分別設定各路溫度的上、下限。內含寄生電源。3. DS18B20的組成內部組成DS18B20內部結構主要由四部分組成：64位光刻ROM，溫度傳感器，非揮發(fā)的溫度報警觸發(fā)器TH和TL，高速暫存器。DS18B20的管腳排列如圖1所示。 64位光刻ROM是出廠前被光刻好的，它可以看作是該DS18B20的地址序列號。不同的器件地址序列號不同。圖1S18B20引腳分布 DS18B20高速暫存器共9個存存單元，如表1所示：表1 DS18B20高速暫存器序號寄存器名稱作用序號寄存器名稱作用0溫度低字節(jié)以16位補碼形式存放4、5保留字節(jié)1、21溫度高字節(jié)6計數器余值2TH/用戶字節(jié)1存放溫度上限7計數器/3HL/用戶字節(jié)2存放溫度下限8CRC以12位轉化為例說明溫度高低字節(jié)存放形式及計算：12位轉化后得到的12位數據，存儲在18B20的兩個高低兩個8位的RAM中，二進制中的前面5位是符號位。如果測得的溫度大于0，這5位為0，只要將測到的數值乘于0.0625即可得到實際溫度；如果溫度小于0，這5位為1，測到的數值需要取反加1再乘于0.0625才能得到實際溫度。表2 DS18B20溫度存儲器存儲狀態(tài)高8位SSSSS262524低8位232221202-12-22-32-44. DS18B20控制方法 在硬件上，DS18B20與單片機的連接有兩種方法：一種是Vcc接外部電源，GND接地，I/O與單片機的I/O線相連；另一種是用寄生電源供電，此時UDD、GND接地，I/O接單片機I/O。無論是內部寄生電源還是外部供電，I/O口線要接5K左右的上拉電阻。 表3 DS18B20的六條控制命令指令約定代碼操作說明溫度轉換44H啟動DS18B20進行溫度轉換讀暫存器BEH讀暫存器9個字節(jié)內容寫暫存器4EH將數據寫入暫存器的TH、TL字節(jié)復制暫存器48H把暫存器的TH、TL字節(jié)寫到E2RAM中 重新調E2RAMB8H把E2RAM中的TH、TL字節(jié)寫到暫存器TH、TL字節(jié)讀電源供電方式B4H啟動DS18B20發(fā)送電源供電方式的信號給主CPUCPU對DS18B20的訪問流程是：先對DS18B20初始化，再進行ROM操作命令，最后才能對存儲器操作，數據操作。DS18B20每一步操作都要遵循嚴格的工作時序和通信協議。如主機控制DS18B20完成溫度轉換這一過程，根據DS18B20的通訊協議，須經三個步驟：每一次讀寫之前都要對DS18B20進行復位，復位成功后發(fā)送一條ROM指令，最后發(fā)送RAM指令，這樣才能對DS18B20進行預定的操作。四、基于GSM的遠程溫度采集的硬件系統(tǒng)設計（一）單片機16F877A基本電路設計該系統(tǒng)的MCU采用的是Microchip公司生產的16F877單片機。這個單片機的硬件系統(tǒng)設計簡潔，并且堆棧采用硬件方式，這樣就省略了專用的堆棧指令使得指令系統(tǒng)也得到了精練，其功率消耗極低，驅動能力強，使它能和多種外部電路模塊結合使用。此外它與其他的單片機最大的不同之處在于采用了哈佛總線結構，在芯片內部將數據總線和指令總線分離，并且采用不同的寬度（數據總線8為，指令總線14位）進行處理。圖2 16F877外圍電路原理圖（二）單片機與LCD顯示電路的設計LCD顯示電路是用1602芯片16F877單片機共同完成的，LCD1602能顯示數字、英文、標點符號的顯示芯片，它內部有自己的顯示表格能自動查表顯示出接收到的數據，16F877對其控制相對簡單，符合本設計要求。圖316F877與LCD1602顯示電路原理圖（三）單片機與DS18B20數字溫度采集電路的設計DS18B20數字溫度傳感器采用的是SPI單總線結構進行數據的采集和傳輸的，其結構簡單，運用靈活，易于16F877的控制操作，符合本設計的要求。DS18B20芯片各個管腳的功能如表3所示，其與16F877單片機的電路連接原理圖如圖4所示。表4 S18B20的各個管腳對應功能引腳名引腳序號引腳類型功能說明GND1P接地端DQ2I /O數據的輸出端，為單總線結構控制VDD3P正電源端圖4 DS18B20與16F877外圍電路原理圖（四）單片機與MXA232串行通信電路的設計采用MAX232作為串行通信的電平轉換電路，實現數據的串行通信功能，不但硬件電路簡單，而且16F877對其的控制也易于實現，符合設計要求。MAX232芯片與16F877單片機的電路連接原理圖如圖5所示。圖5 MAX232與16F877外圍電路原理圖（五）接收電路中的報警電路設計由單片機的RB2端口的輸出的電平來驅動蜂鳴器實現報警功能，但是由于RB2端口輸出的電壓比較微弱，為了保證蜂鳴器在特定的情況下能正常發(fā)出報警信號，因此在信號輸入前增加了一個放大器。在使信號符合要求的同時電路結構也不復雜，這樣完全符合設計要求。蜂鳴器與16F877單片機的電路連接原理圖如圖6所示。圖6 蜂鳴器與16F877外圍電路原理圖（六）發(fā)射電路的控制按鍵設計按鍵電路的原理圖如下：16F877圖7 44鍵盤與16F877電路原理圖五、基于GSM的遠程溫度采集軟件的系統(tǒng)設計軟件設計流程圖及說明圖8 軟件設計流程圖本設計監(jiān)測軟件主要包括初始化程序、信號采集處理程序和短消息收發(fā)程序等。初始化程序包括硬件初始化、定時器和串口初始化。信號采集和處理主要完成外部采集的溫度轉換。接收短消息采用查詢方式。一旦短消息到達，調用串口接收程序解碼短消息內容并做出相應處理。發(fā)送溫度信號當溫度達到警戒線時。調用發(fā)送指令將短消息發(fā)送到監(jiān)測中心本文對GSM遠程溫度監(jiān)測系統(tǒng)硬件和軟件設計進行說明。報警方式在本地采用聲音報警。為了方便觀測人員查看實時溫度。本設計將采集的溫度實時顯示在本地的LCD上面。六、結論及展望系統(tǒng)主要的任務是監(jiān)測被控對象的溫度。如果溫度超過警戒溫度就通過TC35i將報警信號發(fā)送到監(jiān)測中心。監(jiān)測中心做最后的處理。系統(tǒng)軟件設計的重點在于單片機的編程。通過向TC35i寫入不同的AT指令完成多種功能、本設計主要用來發(fā)送報警信息。監(jiān)測軟件主要包括初始化程序、信號采集處理程序和短消息收發(fā)程序等。初始化程序包括硬件初始化、定時器和串口初始化。信號采集和處理主要完成外部采集的溫度轉換。接收短消息采用查詢方式。一旦短消息到達，調用串口接收程序解碼短消息內容并做出相應處理。發(fā)送溫度信號采用報警方式。調用發(fā)送指令將短消息發(fā)送到監(jiān)測中心本文對GSM遠程溫度監(jiān)測系統(tǒng)硬件和軟件設計進行說明。溫度檢測采用DSl8820非常適用于多點、惡劣環(huán)境下的溫度監(jiān)測系統(tǒng)。GSM模塊利于系統(tǒng)集成，成本較低，運行穩(wěn)定可靠，適用于遠距離監(jiān)測，不受地形條件的限制。又由于TC35i型模塊控制的溫度監(jiān)測儀的優(yōu)點是控制中心具有可移動，覆蓋范圍廣，實時性好，可靠性高，保密性好。以GSM網絡作為無線傳輸網絡，短消息業(yè)務經濟實惠，適合遠程移動監(jiān)控中心站的管理。具有很廣泛的應用前景。附 錄附錄一 設計電路原理圖和PCB圖圖9 電路原理圖圖10 已布線的pcb圖附錄二 部分設計源代碼/*-LCD端口定義-*/#define DATADIRECTION TRISD/*DATAVALUEDIRECTION控制LCD IO口方向*/#define DATAVALUE PORTD/*定義DATAVALUEVALUE為LCD1602數據IO口*/#define CONTROLDIRECTION TRISE/*DATAVALUEDIRECTION控制LCD1602數據 IO口方向*/#define RS RE0 /*LCD1602數據，命令控制，1為數據，0為命令*/#define RW RE1 /*LCD1602讀寫控制,1為讀，0為寫*/#define EN RE2 /*LCD1602使能控制，1為使能，0為禁止*/void LcdWritemand(unsigned char mand); /*LCD1602寫命令*/void LcdWriteChar(unsigned char data); /*LCD1602顯示字符*/void LcdInit(); /*LCD1602初始化*/void LcdDisplayString(const unsigned char str,unsigned char len,unsigned int time);Void LcdClear(); /*清屏*/Void LcdDelay(unsigned int n); /*LCD1602延時n個10ms*/Void LcdDelayNMs(unsigned int n) /*LCD1602延時n個10ms*/ unsigned int i;for(;n0;n-) for(i=100;i0;i-);Void LcdWritemand(unsigned char mand)/*LCD1602寫命令*/ DATAVALUE=mand; RS=0; RW=0; EN=0; LcdDelayNMs(10); EN=1;void LcdWriteChar(unsigned char data) /*LCD1602顯示字符*/ DATAVALUE=data; RS=1; RW=0; EN=0; LcdDelayNMs(10); EN=1;void LcdClear() /*清屏*/LcdWritemand(0x01);LcdWritemand(0x80);void LcdInit() /*LCD1602初始化*/ADCON1=0X07; /設定RA口、RE口為變通數字端口DATADIRECTION=0x00;CONTROLDIRECTION=0X00; LcdWritemand(0x01); LcdWritemand(0x38); LcdWritemand(0x0c); LcdWritemand(0x06); LcdWritemand(0x01);LcdWritemand(0x80);void LcdDisplayString(const unsigned char str,unsigned char len,unsigned int time)unsigned char i=0;char flag=0x40;unsigned char position=0x80;/LcdWritemand(0x01);/LcdWritemand(0x80);/LcdWriteChar( );for(i=0;i0)position=position+flag;LcdWritemand(position);flag=-flag;if(i%32=0)LcdDelayNMs(time);LcdWritemand(0x01);LcdWritemand(0x80);/LcdWriteChar( );if(stri!=0)&(stri!=r)&(stri!=n)LcdWriteChar(stri);/*-GSM模塊函數定義-*/#include #define IGTDIRECTION TRISA0#define IGT RA0#define M 2 /向GSM發(fā)送命令#define N 6const unsigned char gsmmandMN=ATE0r,ATr,;/*發(fā)送命令ATr后回顯OK*/ /*發(fā)送命令ATE0r后回顯OK*/*發(fā)送命令AT+CSQr后回顯+CSQ: 29,99 OK*/*發(fā)送命令AT+CMGF=0r后回顯OK*/const unsigned char mandmi=AT+MI=1,1,0,0,1r;/*發(fā)送命令AT+MI=1,1,0,0,1r后回顯返回信息OK. 若收到短信則顯示+CMTI: SM,22表示手機內短信數量*/const unsigned char mandcmgs = AT+CMGS=025r;const unsigned char smscontent =0X30,0X30,0X31,0X31,0X30, 0X30,0X30,0X44,0X39,0X31, 0X36,0X38,0X35,0X31,0X38, 0X39,0X30,0X32,0X38,0X31, 0X33,0X38,0X66,0X31,0X30, 0X30,0X30,0X38,0X30,0X31, 0X30,0X41,0X36,0X37,0X30, 0X39,0X35,0X43,0X30,0X46, 0X35,0X30,0X37,0X37,0X35, 0X31,0X36,0X35,0X34,0X46, 0X42,0X35,0X1A,r,0;/*const unsigned char smscontent =0X30,0X30,0X31,0X31,0X30, 0X30,0X30,0X44,0X39,0X31, 0X36,0X38,0X35,0X31,0X38, 0X39,0X30,0X32,0X38,0X31, 0X33,0X38,0X66,0X31,0X30, 0X30,0X30,0X38,0X30,0X31, 0X30,0X41,0X36,0X37,0X30, 0X39,0X35,0X43,0X30,0X46, 0X35,0X30,0X37,0X37,0X35, 0X31,0X36,0X35,0X34,0X46, 0X42,0X35,0X1A,r,0;/*gms相關函數定義*/void GSMDelayNMs(unsigned int n)unsigned int d=100; for(;n0;n-)d=100;do;while(-d);void GSMSendmand(const unsigned char gsmmand)LcdDisplayString(gsmmand,strlen(gsmmand),1000);GSMDelayNMs(1000);ClearBuffer(receivestr,BACKMESSAGE_MAXLENGTH);timeoutset=5;timeout=0;RCIF=0;RCIE=1;receivestrlen=0;T0IF=0;T0IE=1;Tmr0TimerStart(0);UsartSendString(gsmmand,strlen(gsmmand);while(timeouttimeoutset);T0IF=0;T0IE=0;RCIF=0;RCIE=0;LcdClear();/清屏LcdDisplayString(receivestr,receivestrlen,1000);GSMDelayNMs(1000);/啟動GSMvoid GSMStart(void) ADCON1=0X07; IGTDIRECTION=0; IGT=0; GSMDelayNMs(300); IGT=1;void GSMInit()unsigned char i=0;LcdInit();/LCD1602初始化LcdClear();/清屏LcdDisplayString(lcd1602 ready!,strlen(lcd1602 ready!),1000);GSMDelayNMs(1000);UsartInit(9600);/串口初始化，baud為串口波特率GSMStart();LcdClear();/清屏LcdDisplayString(GSMStart!,strlen(GSMStart!),1000);GSMDelayNMs(1000);RCIF=0;RCIE=0;PEIE=1;GIE=1;for(i=0;i;unsigned char timercount=0;LcdClear();/清屏LcdDisplayString(mandcmgs,strlen(mandcmgs),1000);GSMDelayNMs(1000);ClearBuffer(receivestr,BACKMESSAGE_MAXLENGTH);RCIF=0;RCIE=1;receivestrlen=0;UsartSendString(mandcmgs,strlen(mandcmgs);i=10;while(i-)GSMDelayNMs(100); 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